JP2010139719A

JP2010139719A - 光量調節装置

Info

Publication number: JP2010139719A
Application number: JP2008315617A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Nishide; 明彦西出
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2008-12-11
Filing date: 2008-12-11
Publication date: 2010-06-24

Abstract

【課題】１個の駆動モータで２枚の絞り羽根の駆動して開口面積を変化させると共に、ＮＤフィルタ開口部を全域を覆った状態と素通し状態での光量調節を可能とする。
【解決手段】第１、第２の絞り羽根２２、２３は円形の第１絞り孔２２ａ、２３ａに付設してそれぞれ矩形状の第２絞り孔２２ｂ、２３ｂを有し、第１の絞り羽根２２の第２絞り孔２２ｂにＮＤフィルタ２５が取り付けられている。２枚の絞り羽根２２、２３の相対移動により、（ａ）から（ｂ）を経由して（ｃ）まで開口面積が連続的に変化する。
（ｄ）は第２絞り孔２２ｂ、２３ｂによる状態で、開口部の全域をＮＤフィルタ２５により覆われた状態となっている。この状態から、開口部はＮＤフィルタ２５により全域を覆われた状態で連続的に開口面積が変化する。
【選択図】図５

Description

本発明は、ビデオカメラ等の光学装置の撮像素子が、好適な受光量を受光するように制御する光量調節装置に関するものである。

近年、ビデオカメラ等の光学装置においては、撮像素子の高画素化及び高感度化が進んでおり、これらの光学装置に用いられるレンズユニットの光学性能には高解像度化が必要となっている。

一方、レンズユニットに使用されている光量調節装置は、一般的には２枚の絞り羽根により形成される開口形状を相対的に移動させて変化させるものが多く用いられている。このような形態の光量調節装置では、小絞り時の回折の影響による画像劣化を回避するために、開口部が所定の面積以下になると開口部をＮＤフィルタが覆うように、絞り羽根にＮＤフィルタに取り付けられているものが多い。このような構成の光量調節装置では、開口部を全開状態から絞っていった場合に、開口部の一部のみにＮＤフィルタが掛かった状態が発生する。

この場合に、絞り孔の片側の部分のみが、ＮＤフィルタに覆われているため片絞りとなり、ＮＤフィルタに覆われていない素通し部とピント面で光量差が生ずるという問題点がある。

この問題点を回避するために、絞り羽根とは別に、ＮＤフィルタのみを光路中に挿脱する機構を設けた光量調節装置が知られている。このような形態の光量調節装置を、ＮＤフィルタが開口部を全く覆わない状態と略全域を覆う状態とに切換えて制御して使用している。しかし、このような場合には絞り羽根を駆動するとは別に、ＮＤフィルタを駆動するアクチュエータが必要であるため、複数のアクチュエータが必要となるので、装置の占有スペースが大きくなると共に、コストが大きくなるという問題がある。

特許文献１に記載の光量調節装置は、２枚の絞り羽根のうち、少なくとも１枚にＮＤフィルタを取り付けて、ＮＤフィルタが光路を覆う場合は光路を全て覆い、覆わない場合は円形の絞り孔を全く覆わない構成としている。

特開平８−１８４８７６号公報

しかしながら上述の従来例の構成において、開口面積はＮＤフィルタが光路を全覆している状態では可変であるが、光路を全く覆わない素通し状態では開口径固定の円形状開口部が、光路中に挿入されるのみであるため不変である。従って、素通し状態の場合は開口面積の調整が不可能であり、被写体の光量に応じた微妙な光量調整ができないという問題がある。

本発明の目的は、上述の問題点を解消し、減光フィルタが絞り開口部を完全に覆っている場合に加え、開口部が素通し状態の場合も連続的に開口面積を可変できるようにした光量調節装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る光量調節装置は、複数枚の絞り羽根を相対移動させる駆動手段を有し、前記複数枚の絞り羽根の絞り孔を組み合わせて形成される開口部の開口面積の大きさを連続的に変化させる光量調節装置であって、前記絞り羽根にはそれぞれ第１絞り孔と第２絞り孔とを設け、前記第１絞り孔により形成される第１の絞り状態と前記第２絞り孔により形成される第２の絞り状態を切換えて使用し、前記少なくとも１枚の絞り羽根の前記第２絞り孔に減光フィルタを取り付け、前記第２の絞り状態における開口面積が所定の開口面積よりも小さい場合には前記開口部の全域を前記減光フィルタにより覆うことを特徴とする。

本発明に係る光量調節装置によれば、２枚の絞り羽根の駆動のみで、減光フィルタが開口部を全域覆った状態と素通し状態での光量調節が可能となる。

また、１個のアクチュエータの使用に拘わらず、光束の一部のみにフィルタが掛かり撮像面内で光量が異なり、光学性能を劣化する問題を回避可能となり、光学性能を劣化させることなく、アクチュエータの占有スペース及びコスト面で従来製品よりも有利となる。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は実施例のレンズ鏡筒の断面図であり、図２は分解斜視図である。光軸に沿って、固定の第１レンズ群Ｌ１、フォーカス用の第２レンズ群Ｌ２、ズーム用の第３レンズ群Ｌ３、固定の第４レンズ群Ｌ４、赤外カットフィルタＦ又は後述するダミーガラスＧが配列されている。

第１レンズ群Ｌ１は１群鏡筒１のレンズ保持部により接着又は熱かしめにより固定して保持されている。

第２レンズ群Ｌ２は２群鏡筒２により保持され、１群鏡筒１と撮像素子保持枠３との間に設けられた２本のガイドバー４によりガイドされている。そして、２群鏡筒２は１群鏡筒１に固定されたステッピングモータから成るフォーカス駆動モータ５の駆動により、光軸方向にフォーカシングのために移動可能とされている。また、ガイドバー４により２群鏡筒２は光軸に平行方向以外への移動が規制されている。また、１群鏡筒１に取り付けられたフォーカスセンサ６により、２群鏡筒２のリセット位置の規定がなされるようになっている。

第３レンズ群Ｌ３は３群鏡筒７により保持されており、３群鏡筒７はガイドバー４によりガイドされ、光軸以外の方向への移動を規制されており、４群鏡筒８に固定されたステッピングモータから成るズーム駆動モータ９により駆動され光軸方向に移動する。

第４レンズ群Ｌ４は４群鏡筒８に固定して保持されている。４群鏡筒８に固定されたズームセンサ１０は３群鏡筒７の位置を検出し、このズームセンサ１０の信号により３群鏡筒７の移動量を決定し、３群鏡筒７を移動してズーム動作を行う。

光量調節装置１１は４群鏡筒８に固定されており、内蔵する絞り羽根を移動することにより光軸上の開口径を調節し、撮像素子に進入する光量を調節している。

図３は赤外カットフィルタＦ及びダミーガラスＧを光軸上で切換える切換部の斜視図である。フィルタ枠１２は２つのの開口枠を有し、各開口枠にはそれぞれ赤外カットフィルタＦ、ダミーガラスＧが取り付けられている。

フィルタ枠１２は両端を撮像素子保持枠３に保持された第２のガイドバー１３により、光軸に直交する方向に移動可能にガイドされている。更に、フィルタ枠１２にはステッピングモータから成るフィルタ枠駆動モータ１４の駆動軸と直交されており、フィルタ枠駆動モータ１４の回転によりフィルタ枠１２は第２のガイドバー１３に沿って駆動される。

フィルタ枠１２の位置はフィルタ枠センサ１５により検出され、フィルタ枠センサ１５の信号によりフィルタ枠１２を所定の位置まで移動する。従って、フィルタ枠１２が光軸に直交する方向に移動することで、光軸上に位置するフィルタ枠１２の開口部の切換えが可能となるので、撮像素子に入射する光束の波長を調整することができる。

例えば、昼間等に明るい被写体を撮影する場合には、赤外カットフィルタＦが取り付けられている開口枠を光軸上に位置させて、色再現性の良い画像を得る。一方、夜間等の低照度の被写体の場合はダミーガラスＧを光軸上に位置させ、赤外光も通すことで光量を稼ぐことが可能となる。ダミーガラスＧは赤外カットフィルタＦの挿入時と光路長を合わせるために使用している。

図４は複数枚の光量調節装置１１の分解斜視図であり、前方から透孔を有する絞り蓋２１、第１の絞り羽根２２、第２の絞り羽根２３、絞りベース２４から成っている。第１、第２の絞り羽根２２、２３は円形の第１絞り孔２２ａ、２３ａに付設して、それぞれ角形状の第２絞り孔２２ｂ、２３ｂを有し、少なくとも１枚の第１の絞り羽根２２の第２絞り孔２２ｂに減光フィルタであるＮＤフィルタ２５が取り付けられている。また、絞りベース２４と第２の絞り羽根２３の間に駆動レバー２６が設けられており、絞りベース２４にはモータ２７が固定されている。

第１の絞り羽根２２及び第２の絞り羽根２３にそれぞれに設けたガイド溝２２ｃ及びガイド溝２３ｃは、絞りベース２４に設けられた２本のガイド軸２４ａにガイドされ、上下方向に移動可能となっている。

モータ２７は端子２７ａにフレキシブルケーブル等を介して電流が供給されると、その回転軸２７ｂに回転力が発生する。駆動レバー２６の中心は回転軸２７ｂに圧入されているので、回転軸２７ｂが回転すると駆動レバー２６は一体となって回転する。駆動レバー２６に設けたピン２６ａは、第１、第２の絞り羽根２２、２３の溝孔２２ｄ、２３ｄにそれぞれ係合しており、駆動レバー２６の回転により、第１、第２の絞り羽根２２、２３は絞りベース２４上を相対的に移動する。

図５（ａ）〜（ｄ）は第１、第２の絞り羽根２２、２３により形成される絞り状態と絞り羽根２２、２３と駆動レバー２６の位置関係を示し、Ｏは光軸位置を示す中心線である。図５（ａ）は開口部が完全に閉じた状態を示し、第１の絞り羽根２２による第１絞り孔２２ａと第２の絞り羽根２３による第１絞り孔２３ａとは重なる部分を有さないので、２枚の絞り羽根２２、２３で形成する開口部は閉じた状態である。

図５（ｂ）は駆動レバー２６の回転により、図５（ａ）に示す状態に対して、絞り羽根２２、２３の相対位置が変り、第１絞り孔２２ａと第１絞り孔２３ａにより第１の絞り状態とされている。

図５（ｃ）は更に駆動レバー２６が回転して、絞り羽根２２、２３の相対位置が変化し、第１絞り孔２２ａ、２３ａによる開口面積が最大の開放状態となっている。

２枚の絞り羽根２２、２３の相対移動により、第１絞り孔２２ａ、２３ａ同士により形成される第１の絞り状態は、図５（ａ）に示す状態から図５（ｂ）に示す状態を経由して、図５（ｃ）の状態まで開口面積が連続的に変化する。即ち、この過程において第１の絞り状態にＮＤフィルタ２５が掛からない状態で、開口面積は閉じ切り状態から開放状態まで連続的に変化する。

図５（ｄ）は（ｃ）の状態から駆動レバー２６が更に反対側に回転して、２枚の絞り羽根２２、２３の相対位置が変化した状態を示している。図５（ｂ）及び図５（ｃ）で示す第１絞り孔２２ａ、２２ｂとは別の第２絞り孔２２ｂ、２３ｂにより第２の絞り状態となり、開口部の全域を第１の絞り羽根２２の第２絞り孔２２ｂに取り付けられたＮＤフィルタ２５により覆われた状態となっている。この状態から、更に駆動レバー２６が同方向に回転することで、第２絞り孔２２ｂ、２３ｂ同士で形成される開口部は、ＮＤフィルタ２５により全域を覆われた状態で連続的に開口面積が変化する。

図６は２枚の絞り羽根２２、２３の相対移動量を横軸に示し、縦軸に開口部を通過する光量を示し、（ａ）〜（ｄ）は図５（ａ）〜（ｄ）の状態と対応している。横軸の絞り羽根の移動量は、図５（ａ）のように第１の絞り状態の全閉を開始点とし、第２の絞り状態の全閉を終点としている。実線はＮＤフィルタ２５による減光を考慮していないものであり、点線で示す部分はＮＤフィルタ２５による減光を考慮している。

開口部が全閉の図６（ａ）の状態から駆動レバー２６が回転することで、２枚の絞り羽根２２、２３が移動して開口面積は変化してゆく。図６（ａ）の状態から（ｃ）の開放状態までは、第１絞り孔２２ａ、２３ａによる開口面積を連続的に拡大してゆくので、通過する光量も多くなってゆく。一方、（ｃ）の個所を過ぎると、開口面積が連続的に減少すると共に、第２絞り孔２２ｂ、２３ｂから成る開口部中にＮＤフィルタ２５が掛かってくる個所では、ＮＤフィルタ２５の減光分もあるので、この開口部を通過する光量は減少してゆく。

また、開口面積が所定の面積以下となると回折現象が発生し、光学性能に悪影響を及ぼすことになり、図６の領域Ｒａ、Ｒｂでは回折現象が発生する。領域Ｒｃでは開口部の一部にＮＤフィルタ２５が掛かり、片絞り状態となる。従って、絞り羽根２２、２３の位置が領域Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃの範囲で撮影を行わないようにすれば、常時好適な撮影条件が得られることになる。

一方、領域ＲｄではＮＤフィルタ２５が開口部全体を覆っているので、この領域Ｒｄでは開口を通過する光量は点線で示される値となり、不使用とした領域Ｒａに相当の光量を一部を除いて補足することが可能となる。従って、素通し状態で回折現象を起こさない領域Ｒｅと、領域Ｒｄの第１の絞り状態と第２の絞り状態とを切換えて使用することで、広範囲で連続的なＦ値の設定が可能となる。なお、第１の絞り状態で回折現象を起こさない最小開口面積時のＦ値よりも、大きいＦ値の領域を第２の絞り状態で補間して、連続的なＦ値調整を可能としている。従って、第２の絞り状態で補間が可能でなように全領域がＮＤフィルタ２５で覆われる開口面積を設定している。

図７は実施例の光量調節装置１１を備えた光学機器の自動露出制御機構のブロック回路構成図である。光軸上にはフォーカス用の第２レンズ群Ｌ２、光量調節装置１１、ズーム用の第３レンズ群Ｌ３、撮像素子３１が配列されている。絞り羽根２２、２３の位置は、絞り羽根位置検出部３２を介して光量制御部３３に接続され、光量制御部３３の出力はモータ２７に接続されている。撮像素子３１の出力は映像信号処理回路３４に接続され、映像信号処理回路３４の出力は撮像素子処理回路３５を介して撮像素子３１に接続されている。また、映像信号処理回路３４は光量制御部３３と接続されている。

第２レンズ群Ｌ２及び第３レンズ群Ｌ３を透過する被写体像は、光量調節装置１１により光量を調節されて撮像素子３１上に結像される。そして、撮像素子３１からの信号は、映像信号処理回路３４においてテレビジョン信号に変換され、外部のモニタ等に出力される。

光量制御部３３は映像信号処理回路３４から被写体の輝度信号が入力され、絞り羽根位置検出部３２からは絞り羽根２２、２３の位置情報を示す信号が入力される。光量制御部３３はこれらの信号に応じて、適切な絞り制御信号を予め設定しているプログラム線図から読み出して各制御部に出力する。また、光量制御部３３は輝度信号や絞り値信号に応じてシャッタ速度を予め設定しているプログラム線図から読み出して、映像信号処理回路３４にシャッタ速度制御信号を出力する。映像信号処理回路３４は入力されたシャッタ速度制御信号に従い、撮像素子処理回路３５を駆動して撮像素子３１のシャッタ速度を決定する。

図８は動作フローチャート図である。ステップＳ１で、撮像素子３１上に結像された被写体像の映像信号が、撮像素子３１を介して撮像素子処理回路３５に取り込まれる。ステップＳ１で取り込まれた映像信号は、ステップＳ２で撮像素子処理回路３５により輝度信号に変換されて光量制御部３３に入力された後に、光量制御部３３により制御信号演算が行われ、適切な絞り制御値が決定される。

ステップＳ３で、絞り羽根位置検出部３２により検出された現在の絞り羽根２２、２３の位置情報信号が検出される。ステップ３で検出された絞り羽根位置がステップＳ２で決定された絞り制御値であるか否かが、ステップ４で光量制御部３３により判定される。否の場合は、ステップＳ５で絞りモータ２７が適切な絞り値となるまで駆動される。

なお、このとき図６に示す絞り孔部が領域Ｒａ、Ｒｂの回折が発生する範囲及び領域Ｒｃの開口の一部にＮＤフィルタ２５が掛かる範囲では、適切な絞り値として設定されていないものとする。

このステップＳ４で適切な絞り値となった光量調節装置１１は、ステップＳ６で適切な絞り値に保持される。ステップＳ７では、光量制御部３３により絞り値信号と輝度信号に応じた撮像素子３１のシャッタ速度が決定され、自動露出制御動作が終了する。

本実施例では、１個のアクチュエータ、つまり１個のモータ２７により２枚の絞り羽根２２、２３を駆動する構成により、あたかも絞り羽根２２、２３を駆動するのとは別に、ＮＤフィルタ２５のみを駆動するアクチュエータを設けた場合と同等の効果が得られる。つまり、１個のモータ２７により絞り孔の一部のみにＮＤフィルタ２５が掛かり、撮像面上で光量差が生ずる減少を解消しながら、回折により画像が劣化することなく、広範囲な被写体照度による撮影が可能となる。

レンズ鏡筒の断面図である。レンズ鏡筒の分解斜視図である。フィルタの切換部の斜視図である。光量調節装置の分解斜視図である。絞り羽根の絞り孔の作動説明図である。絞り羽根の移動量と光量の関係のグラフ図である。自動露出制御装置のブロック回路構成図である。撮像装置の制御のフローチャート図である。

符号の説明

１１光量調節装置
２１絞り蓋
２２、２３第１の絞り羽根
２２ａ、２３ａ第１絞り孔
２２ｂ、２３ｂ第２絞り孔
２４絞りベース
２５ＮＤフィルタ
２６駆動レバー
２７モータ

Claims

複数枚の絞り羽根を相対移動させる駆動手段を有し、前記複数枚の絞り羽根の絞り孔を組み合わせて形成される開口部の開口面積の大きさを連続的に変化させる光量調節装置であって、前記絞り羽根にはそれぞれ第１絞り孔と第２絞り孔とを設け、前記第１絞り孔により形成される第１の絞り状態と前記第２絞り孔により形成される第２の絞り状態を切換えて使用し、前記少なくとも１枚の絞り羽根の前記第２絞り孔に減光フィルタを取り付け、前記第２の絞り状態における開口面積が所定の開口面積よりも小さい場合には前記開口部の全域を前記減光フィルタにより覆うことを特徴とする光量調節装置。
前記駆動手段は１個のアクチュエータから成ることを特徴とする請求項１に記載の光量調節装置。
前記減光フィルタはＮＤフィルタであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光量調節装置。
請求項１〜３の何れかに記載の光量調節装置を備えたことを特徴とするレンズ鏡筒。
請求項４に記載のレンズ鏡筒を備えたことを特徴とする光学機器。